Das Aufwindkraftwerk Wasserkraftwerk der Wüste

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1 Das Aufwindkraftwerk Wasserkraftwerk der Wüste WOLFGANG SCHIEL & GERHARD WEINREBE SCHLAICH BERGERMANN UND PARTNER, STUTTGART Schon früh verstand es der Mensch, die Solarenergie aktiv zu nutzen: Gewächshäuser halfen beim Anbau von Nahrungsmitteln, der Kaminsog beim Lüften und Kühlen von Gebäuden und das Windrad beim Mahlen von Getreide und beim Wasserpumpen. Die drei wesentlichen Bauteile des Aufwindkraftwerks Warmluftkollektor, Kamin, Windturbinen sind also schon seit langem bekannt. Bei einem solarthermischen Aufwindkraftwerk werden sie lediglich in neuartiger Weise kombiniert. Um 1500 n. Chr. zeichnete Leonardo da Vinci bereits eine Vorrichtung, die aufsteigende warme Luft in einem Kamin nutzt, um einen Grillspieß zu drehen. Die moderne Kombination mit einem Generator zur Stromerzeugung wurde vor über siebzig Jahren erstmals von Hanns Günther beschrieben [1]. Ohne die Veröffentlichung von Günther zunächst zu kennen, wurde im Ingenieurbüro Schlaich und Bergermann in Stuttgart die Idee des Aufwindkraftwerks verfolgt. Nach Voruntersuchungen und Experimenten im Windkanal konnte in den Jahren 1981/82 in Spanien eine Experimentieranlage errichtet werden. Diese lief über sieben Jahre erfolgreich. Seitdem werden immer wieder Anstrengungen unternommen, ein kommerzielles Aufwindkraftwerk großer Leistung zu realisieren, bislang aber ohne Erfolg. Abb. 1: Funktionsprinzip des Aufwindkraftwerks

2 Funktionsweise Das Prinzip des Aufwindkraftwerks ist in Abbildung 1 dargestellt: Unter einem flachen kreisförmigen, am Umfang offenen transparenten Dach, das zusammen mit dem darunter liegenden natürlichen Boden einen Warmluftkollektor bildet, wird Luft durch die Sonnenstrahlung erwärmt. In der Mitte des Dachs steht senkrecht eine Kaminröhre mit großen Zuluftöffnungen am Fuß. Das Dach ist luftdicht an den Kaminfuß angeschlossen. Da warme Luft eine geringere Dichte als kalte Luft hat, steigt sie im Kamin auf. Durch den Kaminsog wird gleichzeitig warme Luft aus dem Kollektor nachgesaugt und von außen strömt kalte Luft zu. So bewirkt die Sonnenstrahlung einen kontinuierlichen Aufwind im Kamin. Die in der Luftströmung enthaltene Energie wird mit Hilfe druckgestufter Turbinen, die am Fuß des Kamins stehen, in mechanische und über Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Das Aufwindkraftwerk ist technologisch dem Wasserkraftwerk dem bisher erfolgreichsten Kraftwerkstyp zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen sehr ähnlich: Dem Kollektordach entspricht der Stausee, dem Kamin die Druckröhre. Beide Kraftwerkstypen arbeiten mit druckgestuften Turbinen, und beide kommen über ihre extrem lange Lebensdauer und ihre niedrigen Betriebskosten zu geringen Stromgestehungskosten. Auch die erforderlichen Kollektordach- und Stauseeflächen haben bei gleicher elektrischer Leistung vergleichbare Größen. Das Kollektordach kann jedoch in trockenen Wüsten gebaut und problemlos wieder beseitigt werden, während für Stauseen in der Regel belebtes (und oft sogar besiedeltes) Land überflutet wird. Ein kontinuierlicher 24-Stunden-Betrieb kann durch wassergefüllte Schläuche oder Säcke erreicht werden, die auf dem Boden ausgelegt sind. Das Wasser erwärmt sich während des Tages und gibt die Wärme nachts wieder ab. Die Schläuche müssen nur einmal gefüllt werden, es besteht kein weiterer Wasserbedarf. So erzeugt die Solarstrahlung einen kontinuierlichen Aufwind im Turm [2]. Um die zeitabhängige Elektrizitätsbereitstellung eines Aufwindkraftwerks mit gegebenen Dimensionen zu beschreiben, ist ein umfangreiches thermodynamisches und fluiddynamisches Modell erforderlich [3]. Eine gute Darstellung der Thermodynamik des Aufwindkraftwerks als Kreisprozess ist in [4] zu finden. Im Folgenden erklären wir die grundlegenden Zusammenhänge in stark vereinfachter Form. Allgemein gesprochen kann die Ausgangsleistung P eines Aufwindkraftwerks berechnet werden als die zugeführte Solarenergie Q solar multipliziert mit den jeweiligen Wirkungsgraden von Kollektor, Kamin und Turbine(n): P Q Q. (1) solar Kraftwerk solar Kollektor Kamin Turbine Die dem System zugeführte Solarenergie Q solar kann als Produkt aus der Globalstrahlung G h auf eine horizontale Fläche und der Kollektorfläche A Kollektor geschrieben werden: Q G A. (2) solar h Kollektor Der Turm wandelt den vom Kollektor gelieferten Wärmestrom in mechanische Energie um. Diese besteht aus kinetischer Energie, der Konvektionsströmung, und potentieller Energie, dem Druckabfall an der Turbine. So wirkt die Dichtedifferenz der Luft als treibende Kraft. Die leichtere Luftsäule im

3 Turm ist mit der umgebenden Atmosphäre am Turmfuß und an der Turmspitze verbunden und erfährt daher einen Auftrieb. Eine Druckdifferenz p ges zwischen dem Turmfuß und der Umgebung stellt sich ein: p ges g 0 H t dh, (3) a t dabei ist g die Erdbeschleunigung, H t die Turmhöhe, a die Luftdichte der Außenluft und t die Luftdichte im Turm. So nimmt p ges proportional zur Turmhöhe zu. Die Druckdifferenz p ges kann in eine statische Komponente p s und eine dynamische Komponente p d aufgeteilt werden: p ges = p s + p d, (4) Reibungsdruckverluste sind hier vernachlässigt. Die statische Druckdifferenz fällt an der Turbine ab, die dynamische Komponente beschreibt die kinetische Energie der Strömung. Mit der Gesamtdruckdifferenz p ges und dem Volumenstrom der Luft im System, also dem Produkt aus mittlerer Transportgeschwindigkeit im Turm c Turm und der Turmquerschnittsfläche A Turm, ist nun die in der Strömung enthaltene Leistung zu beschreiben: P ges = p ges c Turm A Turm, (5) woraus schließlich der thermisch-mechanische Wirkungsgrad des Turms als Quotient aus in der Strömung enthaltener mechanischer Leistung und dem Turm zugeführtem Wärmestrom Q Q gebildet werden kann: Turm solar Kollektor P ges Turm. (6) Q Turm Die tatsächlich erfolgende Aufteilung in eine statische und eine dynamische Komponente hängt davon ab, wie viel Energie die Turbine der Strömung entzieht. Ohne Turbine stellt sich eine maximale Strömungsgeschwindigkeit c Turm,max ein, und die gesamte Druckdifferenz wird in kinetische Energie umgesetzt, also die Strömung beschleunigt: P ges 1 2 m cturm, max (7) 2 Die Strömungsgeschwindigkeit, die sich bei freier Konvektion einstellt, kann unter Verwendung der Boussinesq-Näherung, die die temperaturbedingten Dichteunterschiede der Luft vereinfacht in einem Auftriebsterm zusammenfasst, bestimmt werden [8]:

4 v 2 Turm, max T g HTurm, (8) T 0 mit m für den Luftmassenstrom, T 0 die Umgebungstemperatur in Bodenhöhe und T den Temperaturanstieg von der Umgebungstemperatur zur Temperatur am Turmeintritt. Mit Gleichung (6) und der Beziehung Q = m cp T (8), ergibt sich der Turmwirkungsgrad: für den stationären Zustand, sowie (7) und g H Turm. (9) c T p 0 Diese vereinfachte Darstellung verdeutlicht eine der grundlegenden Eigenschaften des Aufwindkraftwerks, nämlich dass der Turmwirkungsgrad nur von der Turmhöhe abhängt. Die Gleichungen (2) und (9) zeigen, dass die elektrische Ausgangsleistung des Aufwindkraftwerks proportional zur Kollektorfläche und zur Turmhöhe ist: Sie ist also proportional zum Volumen des Zylinders, den beide aufspannen (vgl. Abb. 1). Deshalb kann eine bestimmte gewünschte Leistung entweder mit einem hohen Turm und einem kleineren Kollektor oder mit einem großen Kollektor und kleinen Turm erzielt werden. Sobald Reibungsdruckverluste im Kollektor berücksichtigt werden, ist allerdings gerade bei größeren Kollektordurchmessern die lineare Abhängigkeit zwischen der Leistung und dem Produkt Kollektorfläche Turmhöhe nicht mehr streng gültig. Dennoch ist es eine gut verwendbare Faustregel. Die Testanlage in Manzanares Nach detaillierten theoretischen Voruntersuchungen und umfangreichen Experimenten im Windkanal errichteten wir 1981/82 mit Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Forschung und Technologie (BMFT) eine Experimentieranlage mit 50 kw Spitzenleistung. Sie stand in Manzanares, das etwa 150 km südlich von Madrid liegt. Das Testgelände hatte das spanische Energieversorgungsunternehmen Union Electrica Fenosa zur Verfügung (Abbildung 2) [6,7]. Dieses Forschungsvorhaben sollte die theoretischen Ansätze messtechnisch verifizieren und den Einfluss einzelner Komponenten auf Leistung und Wirkungsgrad des Kraftwerks unter realistischen bautechnischen und meteorologischen Bedingungen untersuchen. Hierzu bauten wir einen Kamin mit 195 m Höhe und 10 m Durchmesser, umgeben von einem Kollektor mit 240 m Durchmesser. Die Anlage war mit einer umfangreichen Messdatenerfassung ausgerüstet. Über 180 Sensoren registrierten im Sekundenrhythmus das gesamte Anlagenverhalten. Die Hauptabmessungen und einige technischen Daten der Anlage sind in Tabelle 1 aufgeführt.

5 Abb. 2: Testanlage in Manzanares. Der Prototyp in Spanien brachte 50 kw elektrischer Leistung. Tabelle 1: Der Prototyp in Manzanares Turmhöhe 194,6 m Turmradius 5,08 m mittlerer Kollektorradius 122,0 m mittlere Dachhöhe 1,85 m typischer Temperaturanstieg im Kollektor T 20 K elektrische Nennleistung 50 kw Kunststoffmembran-Kollektor-Fläche m² Glasdach-Kollektor-Fläche 6000 m² Der Prototyp in Manzanares war nur für eine Versuchsdauer von etwa drei Jahren ausgelegt. Deshalb wurde sein Kamin als abgespannte Trapezblechröhre konzipiert, die nach Beendigung des Experiments wiederverwertbar sein sollte. Ihre Blechstärke betrug nur 1,25 mm (!), und sie war alle 4 m durch außenliegende Fachwerkträger ausgesteift. Die Röhre lagerte 10 m über Grund auf einem Ring. Am Kaminfuß war er so durch acht dünne Rohrstützen unterstützt, dass die warme Luft dort fast ungestört einströmen konnte. Als strömungsgünstig geformter Übergang zwischen dem Vordach und dem Kamin diente ein vorgespannter Membranmantel aus kunststoffbeschichtetem Gewebe (Abbildung 3). Der Kamin war in der Höhe vierfach und in drei Richtungen mit preisgünstigen dünnen Stahlstangen zu den Fundamenten hin abgespannt. Für Abspannseile, die bei dieser Bauweise sonst üblich sind, oder gar für eine frei stehende Betonröhre reichte das vorgegebene Budget nicht aus. Die Blechröhre wurde mit einem eigens dafür entwickelten Takthebeverfahren vom Boden aus montiert. Dazu wurde sie abschnittsweise mit hydraulischen Pressen angehoben, und gleichzeitig wurden die Abspannungen nachgezogen. Das sollte zeigen, dass auch hohe Türme mit wenigen Fachkräften gebaut werden können. Natürlich kommt diese bewusst temporäre Bauweise für ein großes, auf lange

6 Lebensdauer ausgelegtes Aufwindkraftwerk nicht in Frage. Unter realistischen Bedingungen wird der Kamin in aller Regel aus Stahlbeton hergestellt werden. Abb. 3: Turbine der Prototypanlage in Manzanares Blick nach oben durch die Kaminröhre Das Kollektordach eines Aufwindkraftwerks muss nicht nur transluzent sein, sondern auch langlebig. Wir wählten dafür verschiedene Kunststofffolien und Glas aus. Das Experiment sollte erweisen, welches Material am besten und langfristig am kostengünstigsten ist. Glas widerstand während der Betriebszeit auch schweren Stürmen ohne Schäden und erwies sich als selbstreinigend, gelegentliche Regenschauer reichen aus. Die quadratischen Plastikmembranen waren an den Rändern in Profile geklemmt und in der Mitte über eine Kunststoffplatte mit Drainageöffnung zum Boden abgespannt. Die Investitionskosten für einen Folienkollektor sind niedriger als für einen Glaskollektor. Allerdings versprödeten die Membranen im Lauf der Zeit und neigten zur Rissbildung. Mittlerweile gibt es haltbarere Kunststoffe, die Folien- und Kunststoffkollektoren wieder zu einer echten Alternative machen. Nach dem Abschluss der Bauphase begann 1982 die Experimentierphase: Sie sollte demonstrieren, dass das Prinzip des Aufwindkraftwerks wirklich funktioniert. Dabei war es uns wichtig, Daten über den Wirkungsgrad der neu entwickelten Technologie zu erhalten. Außerdem wollte wir zeigen, dass das Kraftwerk vollautomatisch und dabei zuverlässig betreibbar ist. Schließlich wollten wir sein Betriebsverhalten und die physikalischen Vorgänge in Langzeit-Messreihen aufzeichnen und analysieren. Der Betrieb zeigte, dass bei dieser kleinen Anlage ohne zusätzlichen thermischen Speicher die elektrische Leistung während des Tages eng mit der Solarstrahlung korreliert. Dennoch herrscht auch nachts ein Auftrieb, der sogar noch während einiger Nachtstunden zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Dieser Effekt nimmt mit wachsender Anlagen- und damit Kollektorgröße zu, also mit zunehmender thermischer Trägheit des Systems. Das konnten wir anhand der Simulationsergebnisse für Großanlagen ermitteln.

7 Über das Jahr 1987 war die Anlage 3197 h in Betrieb, das entspricht einer mittleren täglichen Betriebszeit von 8,8 h. Sobald die Strömungsgeschwindigkeit einen bestimmten Wert typischerweise 2,5 m/s überschritt, startete sie automatisch und synchronisierte sich mit dem Stromnetz. Die Gesamtanlage und die einzelnen Komponenten arbeiteten also sehr zuverlässig. Aus den Daten entwickelten wir ein Modell für die Computersimulation. Wir wollten damit ein solides Verständnis der physikalischen Abläufe gewinnen und mögliche Ansatzpunkte für Verbesserungen identifizieren. Das Modell beschreibt die einzelnen Komponenten, ihr Leistungsverhalten und ihre dynamische Wechselwirkung. Es basiert auf der Finite-Volumen- Methode und berücksichtigt die Erhaltungsgleichungen für Energie, Impuls und Masse. Heute ist es ein Entwicklungswerkzeug, das alle bekannten relevanten physikalischen Effekte berücksichtigt: Mit ihm kann das thermodynamische Verhalten großer Aufwindkraftwerke unter gegebenen Wetterbedingungen abgebildet werden [8,9]. Spezielle CFD-Berechnungen wurden an der Universität Stuttgart durchgeführt [10]. Abbildung 4 zeigt einen Vergleich zwischen dem durchschnittlichen monatlichen Energieertrag, der mit der Simulation berechnet wurde, und dem tatsächlich gemessenen. Beide Werte stimmen sehr gut überein. Abb. 4: Monatliche Stromerzeugung - Vergleich von gemessener (blau) und per Computersimulation berechneter (orange) monatlicher Stromerzeugung für Manzanares. Wir können also zusammenfassend sagen, dass die thermodynamischen Prozesse in einem Aufwindkraftwerk gut verstanden sind. Die Rechenmodelle erlauben eine realistische Abbildung des Anlagenverhaltens unter den jeweils gegebenen meteorologischen Bedingungen.

8 Große Kraftwerke Unsere detaillierten Untersuchungen, die durch umfangreiche Windkanalexperimente unterstützt wurden, zeigen: Die thermodynamischen Berechnungen für Kollektor, Turm und Turbine sind auch zuverlässig auf Großanlagen übertragbar. Die kleine Pilotanlage in Manzanares bedeckte eine viel kleinere Fläche und umfasste ein viel geringeres Volumen als zum Beispiel eine 200 MW-Anlage, die wir noch vorstellen werden. Trotzdem sind die thermodynamischen Kenngrößen beider Anlagen erstaunlich ähnlich: Ziehen wir dafür den Temperaturanstieg und die Strömungsgeschwindigkeit im Kollektor heran, so haben wir dafür in Manzanares bis zu 17 K und bis zu 12 m/s gemessen, während die Simulation einer 200 MW-Anlage Durchschnittswerte von 18 K und 11 m/s ergibt. Solche Vergleiche belegen, dass wir die Messergebnisse aus Manzanares und unsere Aufwindkraftwerk-Simulationsprogramme einsetzen dürfen, um Großanlagen auszulegen. Große Anlagen würden Türme mit einer Höhe bis 1000 m erfordern. Sie stellen eine Herausforderung dar, können aber heute gebaut werden. Der CN Tower in Toronto ragt knapp 600 m auf, das im Bau befindliche Hochhaus Burj Dubai wird über 700m hoch werden, und für Shanghai ist ein Hochhaus von mehr als 800 m Höhe in Planung. Anders als bei einem Hochhaus braucht ein Aufwindkraftwerk auch nur einen einfachen Hohlzylinder. Er ist nicht sonderlich schlank, steht also sicher, und die bautechnischen Anforderungen sind gegenüber bewohnten Gebäuden deutlich reduziert. Es gibt verschiedene Techniken, um einen solchen Turm zu bauen: freistehende Stahlbetonröhren, abgespannte Stahlblechröhren oder Kabelnetzbauweisen mit einer Verkleidung aus Blechen oder Membranen. Die Berechnungsverfahren hierfür sind alle bekannt und wurden bereits für Kühltürme verwendet. Es sind also keine Neuentwicklungen erforderlich. Detaillierte statische und strukturmechanische Untersuchungen ergeben, dass es sinnvoll ist, den Turm in mehreren Ebenen auszusteifen, so dass kleinere Wandstärken ausreichen. Unsere Lösung besteht aus Litzenbündeln in der Form von liegenden Speichenrädern, die sich über den Turmquerschnitt spannen. Dies stellt vielleicht die einzige wirkliche Neuerung von Aufwindkraftwerken gegenüber bestehenden Bauwerken dar. Für die Maschinenauslegung konnten wir weitgehend auf Erfahrungen mit Wasserkraftwerken und Windkraftanlagen, Kühlturmtechnologie, Windkanalventilatoren zurückgreifen, und natürlich mit der Testanlage in Manzanares. Zunächst erschien uns eine einzelne, große Vertikalachsenturbine in der Turmröhre als die naheliegendste Lösung, wie in sie Abbildung 1 angedeutet ist und in Manzanares eingebaut war (Abbildung 3). Neuere Kostenabschätzungen haben uns mittlerweile jedoch dazu gebracht, in die aktuelle Entwürfe eine größere Anzahl von Horizontalachsenturbinen einzuplanen. Diese stehen in einem Ring am Fuß des Turms an der Stelle, wo der Kollektor in den Turm übergeht. Dadurch können wir kleinere Turbinen verwenden, die wesentlich kostengünstiger sind. Außerdem ergibt die Redundanz eine hohe Verfügbarkeit, denn wenn einzelne Turbinen abgeschaltet sind, kann der Rest weiterlaufen und Strom produzieren. Hinzu kommt auch ein besseres Teillastverhalten, weil die Anlage über Ab- und Zuschalten von Einzelturbinen gesteuert werden kann. Der Energieertrag eines Aufwindkraftwerks ist proportional zur Globalstrahlung, der Kollektorfläche und der Turmhöhe. Es gibt also kein physikalisches Optimum, nur ein ökonomisch begründetes: Die optimalen Abmessungen ergeben sich für den jeweiligen Standort durch die für ihn spezifischen Komponentenkosten für Kollektor, Turm und Turbine. So werden also Anlagen unterschiedlicher Abmessungen für unterschiedliche Standorte gebaut werden jeweils zu minimalen Kosten: Ist die Kollektorfläche billig und Stahlbeton teuer, dann wird man einen großen Kollektor und

9 einen vergleichsweise kleinen Turm bauen, und wenn der Kollektor teuer ist, wird man einen kleineren Kollektor und einen großen Turm bauen. Tabelle 2 gibt einen Überblick über die typischen Abmessungen von Aufwindkraftwerken. Die Zahlen basieren auf international üblichen Material- und Baukosten. Die Kosten für ungelernte Arbeitskräfte sind hier mit 5 /h angesetzt, es handelt sich also um einen Standort in einem Entwicklungs- oder Schwellenland. Gerade für diese Länder ist das Aufwindkraftwerk ja auch gedacht. Deutlich wird insbesondere, dass die Stromgestehungskosten mit steigender Anlagengröße signifikant sinken. Um in den Bereich der Wirtschaftlichkeit zu gelangen, muss ein Aufwindkraftwerk also eine gewisse Mindestgröße besitzen. Tabelle 2: Typische Eckdaten für Aufwindkraftwerke Elektrische Nennleistung MW Turmhöhe m Turmdurchmesser m Kollektordurchmesser m Strombereitstellung A GWh/a Stromgestehungskosten B /kwh 0,28 0,13 0,11 0,08 A an einem Standort mit einer Globalstrahlungssumme von 2300 kwh/(m²a). B Bei linearer Abschreibung über 20 Jahre und einem Zinssatz von 6%. Das Mildura-Projekt In Australien stehen nicht nur große ebene, von Menschen ungenutzte Flächen mit sehr hoher solarer Einstrahlung zur Verfügung, sondern auch die fossilen Energieträger Kohle und Erdgas. Dennoch wurden mit dem Mandatory Renewable Energy Target politische Rahmenbedingungen geschaffen, die einen geschützten Markt für Erneuerbare Energien herstellen. Damit ergibt sich auch für das Aufwindkraftwerk eine vergleichsweise günstige Ausgangsposition. Das Unternehmen EnviroMission gründete sich, um die Aufwindkraftwerk-Technologie von Schlaich Bergermann Solar (Stuttgart) in Australien zu vermarkten. Zuerst wurden wir in Stuttgart mit der Durchführung einer detaillierten Machbarkeitsstudie beauftragt. Diese ist mittlerweile erfolgreich abgeschlossen. Parallel wurde unabhängig davon durch das renommierte australische Ingenieurbüro Sinclair Knight Merz die technische Machbarkeit bekräftigt. Das Kraftwerk soll eine Turmhöhe von 1000 m und ein Kollektordurchmesser von 7000 m haben. Seine elektrische Gesamtleistung von 200 MW soll sich auf 32 Turbinen mit einer Nennleistung von jeweils 6,25 MW aufteilen. Für die Erstanlage wurde ein Gelände in der Nähe der Kleinstadt Mildura, etwa 550 km nördlich von Melbourne und rund 400 km östlich von Adelaide, als optimaler Standort identifiziert und gesichert. Die Region Mildura wird derzeit über Fernleitungen mit elektrischer Energie aus den an der Küste befindlichen Kohlekraftwerken versorgt. Das Aufwindkraftwerk könnte die lokale Energieversorgung mit sauberem Solarstrom gut decken und überschüssige Energie in die Fernleitungen einspeisen. Die Erstanlage in Mildura wird jedoch allein durch den Stromverkauf nicht wirtschaftlich arbeiten können, ihre Stromgestehungskosten werden geschätzt bei etwa 8 -Cent/kWh liegen. Australische Kohlekraftwerke kommen auf 2 -Cent/kWh, auch Windkraftanlagen an windhöffigen Küstenstandorten können Strom billiger herstellen. Doch da die Mehrheit der Australier sehr sensibel für den Schutz der Küste sind, sind dort die Standorte für Windkraftanlagen begrenzt. Dagegen gibt es

10 riesige wüsten- und steppenhafte Flächen im Inneren des Kontinents, die bestens für Solarkraftwerke geeignet sind. Damit die Erstanlage wirtschaftlich arbeitet, sind weitere Einnahmen nötig. Dabei wird insbesondere an Touristen gedacht, von denen viele die Region besuchen. Für viele von ihnen wäre sicher die Fahrt auf den welthöchsten Turm eine Attraktion. Auch Einkünfte durch Vergabe von Namensrechten und Einnahmen aus Telekommunikationsdiensten sind durchaus realistisch. Abb. 5: Große Aufwindkraftwerke (Computervisualisierung) Ausblick Noch nie standen die Chancen für den Bau eines großen kommerziellen Aufwindkraftwerks so günstig wie derzeit. Dennoch ist noch nicht sicher, ob das Kraftwerk in Mildura in nächster Zukunft Realität wird. Auch hier gilt das allgemeine Dilemma des ersten Aufwindkraftwerks (Tabelle 2): Nur eine große Anlage kann wirklich wirtschaftlich arbeiten. Doch ohne den Zwischenschritt einer kleineren Anlage im Megawatt-Maßstab wird das technische Risiko von Investoren so hoch eingeschätzt, dass sich nur schwer eine akzeptable Finanzierung findet. Diese Herausforderung gilt es nun zu meistern. Ist erst einmal ein Aufwindkraftwerk erbaut und am Netz, dürfte sehr schnell eine größere Anzahl weiterer Anlagen entstehen. Zusammenfassung Ein Aufwindkraftwerk kombiniert den Treibhauseffekt mit dem Kamineffekt, um aus Sonnenstrahlung elektrische Energie zu gewinnen. Unter einem Glasdach erwärmt sich Luft, steigt durch einen zentralen Turm auf und treibt unterwegs Windturbinen an. Das einfache Prinzip lässt sich

11 erfolgreich verwirklichen, wie eine Experimentieranlage in spanischen Manzanares in den Achzigerjahren demonstrieren konnte. Allerdings müssen Aufwindkraftwerke sehr groß dimensioniert sein, um wirtschaftlich Strom zu produzieren. Literatur [1] H. Günther, In hundert Jahren Die künftige Energieversorgung der Welt. Kosmos, Franckhsche Verlagshandlung, Stuttgart [2] J. Schlaich et al., Aufwindkraftwerke zur solaren Stromerzeugung, erschwinglich - unerschöpflich global. Bauwerk-Verlag, Berlin [3] M. A. Dos Santos Bernardes, A. Voß, G. Weinrebe, Solar Energy 2004, 75 (6), 511. [4] A. J. Gannon und T. W. v. Backström, Thermal and Technical Analyses of Solar Chimneys, in: Proc. of Solar 2000, (Hrsg.: J. E. Pacheco, M. D. Thornbloom), ASME, New York [5] H. D. Baehr, Wärme- und Stoffübertragung, 3. Auflage, Springer, Berlin [6] W. Haaf et al., Solar Energy 1983, 2, 3. [7] J. Schlaich et al., Abschlußbericht Aufwindkraftwerk. BMFT-Förderkennzeichen D, Stuttgart [8] W. Haaf, Solar Energy 1984, 2, 141. [9] G. Weinrebe und W. Schiel, Up-Draught Solar Tower and Down-Draught Energy Tower A Comparison, in: Proceedings of the ISES Solar World Congress Adelaide (Australia) [10] A. Ruprecht et al., Strömungstechnische Gestaltung eines Aufwindkraftwerks. Tagungsband Internationales Symposium über Anwendungen der Informatik und Mathematik in Architektur und Bauwesen, Juni, Bauhaus-Universität Weimar, 2003